О заболевании, которое в будущем уничтожит американский каштан, впервые заговорили во время расцвета сельскохозяйственной исследовательской программы Министерства сельского хозяйства США, когда молодые ученые, полные азарта и предвкушения приключений, отправлялись во все концы мира на поиски новых пищевых и декоративных растений. Одним из таких исследователей был Фрэнк Мейер – человек, которому пришлось по душе искать интересные экземпляры в глуши, подальше от других людей. Мейер работал под началом Дэвида Фэйрчайлда, заклятого врага Чарльза Марлатта, и однажды уже привез в США каштаны, собранные в Северном Китае (правда, через год после того, как болезнь распространилась). В 1913 году Мейер снова отправился в Китай, где его попросили присмотреться к каштановым рощам. Сможет ли он обнаружить смертоносную болезнь на китайских деревьях? Мейер почти неделю ехал на мулах, чтобы добраться до рощи, а потом отправил коллегам сообщение, в котором написал, что деревья действительно заражены, но «не удалось найти ни одного экземпляра, который полностью был бы уничтожен этой болезнью»⁴. Он отправил фрагмент пораженной грибком коры и несколько изображений отобранных им деревьев в США, где его коллеги обнаружили, что грибок, поражающий китайские каштаны, «почти идентичен» американскому. Просто китайские деревья научились жить с грибком. Находка Мейера подарила нам всем надежду на то, что при скрещивании с китайским американский каштан сможет приобрести устойчивость к грибку. С тех пор ученые, селекционеры и любители занимаются поиском такой возможности, и среди них нужно отметить ботаника Артура Грейвса.

К тому времени, когда Грейвс начал разводить каштаны, а это 1931 год, грибок уже завоевал миллиарды деревьев, опутывая их гифами и выдавливая жизненные соки. В своем летнем доме в Хамдене, штат Коннектикут, Грейвс, став куратором Бруклинского ботанического сада⁵, занялся скрещиванием китайских (Castanea mollissima) и японских (C. crenata) деревьев с американскими (C. dentata). Он искал экземпляр, который будет устойчив к болезням и вырастет высоким и сильным, как те, которые были частью нашей природы раньше. В то время научные разработки по выведению устойчивых к болезням деревьев велись, но не в таком количестве, которое было необходимо. На восточном побережье оставалось мало каштанов, способных противостоять грибку, а то и вовсе не было, поэтому единственным выходом стало разведение гибридных деревьев – скрещивание двух разных видов. Что именно делает азиатские деревья устойчивыми и сколько генов может быть задействовано в этом процессе? Таких вопросов никто не задавал, поскольку для науки эта область была совершенно неизвестна.

Если говорить о генетике, то разведение каштанов требует определенных тонкостей. На одном дереве растут разнополые цветы, но каштаны не самоопыляются. Мужские цветы собраны в похожие на гусениц сережки, и производят пыльцу, но за ее перенесение ответственны насекомые или ветер: с их помощью пыльцевые зерна попадают на соседние деревья. Женские цветы напоминают небольшие колючки зеленого цвета и растут на кончиках ветвей. Чтобы контролировать опыление, Грейвс помещал созревающие женские цветки в бумажные пакеты, а когда они были готовы к опылению, срезал сережки с донорских мужских цветков и проводил ими по колючкам⁶. По мере созревания в них плодов Грейвс также укрывал их пакетами, чтобы защитить от белок. На протяжении десятилетий, пока семена превращались в саженцы, а саженцы – в деревья, результаты каждого скрещивания раскрывались. Некоторые деревья проявляли устойчивость к болезням, но не отличались высоким ростом, их стволы не были прямыми. Некоторые походили на привычные американские каштаны, но оказывались беззащитны перед болезнью и погибали. А некоторые гибриды, на которые возлагалось так много надежд, просто не смогли приспособиться к холодной зиме. Несмотря на это, Грейвс собирал, скрещивал и высаживал тысячи каштанов на протяжении более 30 лет⁷. Он был уверен, что хотя бы один из тысяч саженцев, родившихся из сотен деревьев, окажется подходящим. Но ни один не подошел⁸.

Спустя годы ученые узнали, что некоторые гены устойчивости могут быть связаны с другими генами – теми, что расположены рядом на хромосоме. Во время размножения, когда гены распределяются по дочерним клеткам, такие сцепленные друг с другом «парочки», как правило, «путешествуют вместе», и потомство получает все признаки, за которые они ответственны, или большинство из них. У человека связаны между собой гены цвета волос и глаз: каштановые волосы – с карими глазами, светлые волосы – со светлым цветом глаз. Генетическая связь могла бы объяснить, почему признак устойчивости к каштановой чуме и признак, определяющий структуру ветвей, воспроизводятся в потомстве одновременно. Возможно, именно из-за этого выведение высоких и устойчивых к заболеванию деревьев является более сложной задачей, чем предполагал Грейвс⁹.

В то время как Грейвс подбирал и скрещивал деревья, его современники из Министерства сельского хозяйства США также искали правильное сочетание формы и функциональности, высаживая десятки тысяч гибридов в более чем дюжине штатов. Одно из этих деревьев, полученное в 1946 году исследователем Расселом Клэппером, работавшим в штате Коннектикут, подало определенные надежды. Дерево стало известно как «дерево Клэппера». Оно оказалось результатом обратного скрещивания китайско-американского потомка с родителем – американским каштаном. После первоначального скрещивания саженцы имели примерно равное количество генов от каждого родителя, при этом дерево Клэппера получило более американский вид с большой дозой устойчивости к чуме, доставшейся от китайского прародителя. Этот каштан рос в течение двух десятилетий и сохранял устойчивость, но на 25-й год появились симптомы заболевания, и еще через пять лет дерево погибло¹⁰. Сотни скрещиваний, тысячи деревьев, десятки тысяч плодов, посаженных и выращенных в течение десятилетий, и такой итог – принцип наследуемости признаков стал для исследователей задачей, которая оказалась им не по силам. Разочарованным селекционерам могло показаться, что самое время уйти в отставку. Но, как всегда, нашелся еще один мечтатель, готовый рискнуть всем.

Чарльз Бернхэм был генетиком и агрономом из Университета Миннесоты. Он вышел на пенсию, зная все о том, как создать растение с помощью селекции. Первые годы в профессии он провел рядом со светилами этой науки, среди которых были лауреат Нобелевской премии Барбара Мак-Клинток, открывшая, что гены могут перемещаться, меняя свое местоположение в геноме, и Джордж Бидл, получивший премию за то, что обнаружил связь между генами и генными продуктами, такими как ферменты. Бернхэм потратил 50 лет на изучение генетических особенностей таких культурных растений, как кукуруза, фасоль, ячмень и пшеница, выясняя, какие гены что делают и где они расположены в геноме растений. Он знал, как развивать полезные характеристики, такие как устойчивость к болезням, и выводить менее желательные, чтобы они не наследовались.

В начале 1980-х годов Бернхэм нашел для себя новое поле для деятельности, обещавшее интересные задачи, – американский каштан. Он рассудил, что прошлые селекционные проекты провалились, потому что просто не зашли достаточно далеко. Они довольствовались разовым скрещиванием дерева азиатского происхождения и дерева из США, получив гибрид первого поколения, F1, который поровну наследовал признаки обоих родителей. Но наряду с генами устойчивости к внешним воздействиям есть и множество других, определяющих форму и размер листьев, структуру ветвей и размер каштана, и гибрид получал их некое сочетание. Дерево Клэппера с одним обратным скрещиванием шагнуло немного дальше, но все же недостаточно далеко. Бернхэм считал, что характеристики американского каштана можно вернуть в смесь с помощью более тщательного процесса обратного скрещивания – стратегии, которая первоначально применялась в отношении таких культурных растений, как пшеница и ячмень. При работе с самоопыляющимися растениями, которые производят более генетически однородное потомство, и с растениями, созревающими в течение одного вегетационного сезона, результативность подобных экспериментов можно было бы проверить относительно быстро. И если бы деревья соответствовали этим характеристикам, работа велась бы на совершенно другой скорости, не десятилетиями.